插桩式连岸系统及其架设方法与流程

1.本发明涉及港口工程技术领域，尤其涉及插桩式连岸系统及其架设方法。


背景技术：

2.自然灾害发生时，抢险救灾常常在事件发生的时间上具有极强的突然性和紧迫性，在事件规模、地理环境和气候等方面具有极高的不确定性，这对救灾物资保障能力提出了全新的挑战。沿江、沿海地区如遭遇自然灾害港口码头损坏无法靠泊实施物资救助，将严重影响抢险救灾进程。因此，有必要发展一种能够快速部署、实施由江、海到岸的大规模物资输送手段。
3.由于码头维修施工速度较慢，目前最常用的解决方案是用趸船 浮式舟桥搭设临时码头的方式。利用趸船作为码头，浮式舟桥作为连岸桥。但是趸船和浮式舟桥主要应用于江河上，对于海上应用情况较少，部分文章描述了舟桥在海上应用的场景，开展了舟桥混合架设的受力分析，结论是：只能适应4级风力，以及浪高不大于0.6m的情况(约2级海况)。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种能够依靠自身能力快速搭建的连岸系统及其架设方法，用以解决现有技术中施工速度慢，且只能适应较低海况的问题。
5.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
6.本发明技术方案中，插桩式连岸系统，包括码头平台单元、深水单元和浅水单元，码头平台单元、深水单元和浅水单元的中间位置均设有行车道。
7.进一步地，码头平台单元包括自航式码头平台、第一快插式可控桩腿、第一一类栈桥、第一栈桥压载式桩腿、第一导轨和第一气囊；
8.深水单元包括一类自航式平台、第二快插式可控桩腿、第二一类栈桥、第二栈桥压载式桩腿、第二导轨和第二气囊；
9.浅水单元包括二类自航式平台、第三快插式可控桩腿、二类栈桥和第三气囊。
10.进一步地，码头平台单元、深水单元和浅水单元主体均采用桁架结构，上面铺有铺板，底部中间和两侧设有第一气囊。
11.进一步地，第一气囊、第二气囊或第三气囊采用分布式的布置方式分散布置在桁架结构的空隙处。
12.进一步地，第一一类栈桥通过第一栈桥滑移机构与自航式码头平台连接并实现滑移；
13.第二一类栈桥通过第二栈桥滑移机构与一类自航式平台连接并实现滑移；
14.二类栈桥通过第三栈桥滑移机构与二类自航式平台连接并实现滑移。
15.进一步地，第一栈桥滑移机构包括锚定机构、滚轮、液压站、前推行机构和后推行机构；第二栈桥滑移机构、第三栈桥滑移机构的结构与第一栈桥滑移机构相同。
16.进一步地，前推行机构包括前驱动油缸、前锁定油缸、前伸展轨道和前滚轮，后推
行机构包括后驱动油缸、后锁定油缸、后伸展轨道和后滚轮。
17.本发明技术方案中，一种插桩式连岸系统的架设方法，所述架设方法的步骤包括：
18.s1、码头平台单元、深水单元和浅水单元根据预设的队列顺序进行排列；
19.s2、第一快插式可控桩腿、第二快插式可控桩腿和第三快插式可控桩腿向水下插桩；
20.s3、第一一类栈桥、第二一类栈桥和二类栈桥向前滑移，完成插桩式连岸系统的架设。
21.进一步地，s1、s2和s3中，码头平台单元、深水单元和浅水单元并行工作。
22.进一步地，s3中，第一一类栈桥、第二一类栈桥和二类栈桥向前滑移的步骤包括：
23.s1、前锁定油缸伸出至0位(位指单位长度)，后锁定油缸处于缩回状态；
24.s2、前驱动油缸伸出至5位，后驱动油缸处于缩回状态；
25.s3、前锁定油缸缩回至0.134位，后锁定油缸伸出至0位；
26.s4、前驱动油缸缩回至0位，后驱动油缸伸出至5位；
27.s5、重复s1-s4直到栈桥滑移到设定位置。
28.本发明至少能够实现以下效果之一：
29.1)本发明分为若干个功能单元，架设时各单元并行工作，可大幅度缩短架设时间，在不依赖于外部施工设备的条件下，可以在4小时内完成架设，对比传统打桩式固定栈桥需要48小时甚至更久的时间，大大缩短装备物资上陆时间。
30.2)本发明通过架设桩腿使插桩式连岸系统整体抬升脱离海平面，且插桩式连岸系统的高度可以根据需要进行调节，使插桩式连岸系统能够在高海况下工作，适应海岸坡度、潮差等。
31.3)本发明单元主体采用桁架结构，底部中间和两侧装有充气气囊，用来提供平台漂浮时所需的浮力，可确保各单元从运输船上卸载后能稳定浮在水面，并减轻运输船载重、降低运输成本。
32.4)本发明气囊采用分布式的布置方式分散布置在桁架结构的空隙处，单个气囊损坏不影响整体浮力。
33.5)本发明通过调整桩腿与平台的相对位置来自由调整单元的高度，较好地适应海水潮位变化，并保证了在桩腿下陷条件下的单元平衡。
34.6)本发明通过前后两组推行机构来实现栈桥的滑移，保证了推进的平稳和定位的准确。
35.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
36.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
37.图1为本发明的插桩式连岸系统展开示意图；
38.图2为码头平台单元组成示意图；
39.图3为深水单元组成示意图；
40.图4为浅水单元组成示意图；
41.图5为栈桥滑移机构示意图；
42.图6为前推行机构示意图；
43.图7为后推行机构示意图；
44.图8为推行机构的控制逻辑流程图；
45.附图标记：
46.1-自航式码头平台；2-快插式可控桩腿；3-一类栈桥；4-栈桥压载式桩腿；5-一类自航式平台；6-二类自航式平台；7-二类栈桥；8-导轨；9-气囊；10-锚定机构；11-滚轮；12-液压站；13-前推行机构；14-后推行机构。
具体实施方式
47.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
48.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
50.实施例1
51.本发明的一个具体实施例，公开了一种插桩式连岸系统，如图1-7所示，包括：码头平台单元、深水单元和浅水单元；码头平台单元用来停靠船舶，并实现船舶上货物和车辆等的卸载；根据具体实施地的海岸情况，码头平台单元后接一个或多个深水单元，码头平台通过自带的一类栈桥3与深水单元相连，各深水单元之间通过自带的一类栈桥3相连；深水单元后接一个或多个浅水单元，与浅水单元相邻的深水单元通过自带的一类栈桥3与浅水单元相连，各浅水单元之间通过自带的二类栈桥7相连，最靠近岸边的浅水单元通过自带的二类栈桥7与岸边相连；每个单元的中间都设有行车道，码头平台单元、深水单元和浅水单元相连后，形成从码头平台延伸到岸边的行车道，供车辆行驶。
52.码头平台单元包括自航式码头平台1、多个快插式可控桩腿2、一类栈桥3、栈桥压载式桩腿4、导轨8和气囊9；码头平台单元中间为行车道，自航式码头平台1采用桁架式结构，上面铺有铺板；气囊9装在自航式码头平台1的底部中间和两侧，用来提供平台漂浮时所需的浮力，可确保插桩式连岸系统从运输船上卸载后能稳定浮在水面，并减轻运输船载重，降低运输成本；气囊9采用分布式的布置方式分散布置在桁架结构的空隙处，单个气囊9损坏不影响整体浮力；快插式可控桩腿2分别位于自航式码头平台1的行车道两侧，快插式可控桩腿2由电机或液压驱动，可沿自航式码头平台1平面垂线方向伸缩，自航式码头平台1就位后，快插式可控桩腿2在电机或液压的驱动下向水下伸展，在快插式可控桩腿2插到海底
后，利用码头平台单元的自重，在电机或液压系统作用下，将桩腿底部反力压实到设计值；各桩腿同时继续动作，桩腿与平台产生相对运动，将码头平台单元整体抬离水面，且码头平台单元的高度可以根据需要进行调节，使码头平台单元能够在高海况下工作，适应海岸坡度、潮差等；在码头平台单元完成压桩后，一类栈桥3采用滑移方式从码头平台单元向相邻的深水单元伸展。
53.进一步地，一类栈桥3通过栈桥滑移机构与自航式码头平台1连接并实现滑移；栈桥滑移机构包括锚定机构10、滚轮11、液压站12、前推行机构13和后推行机构14；前推行机构13包括前驱动油缸131、前锁定油缸132、前伸展轨道133和前滚轮134，后推行机构14的机构与前推行机构13的结构相同，包括后驱动油缸141、后锁定油缸142、后伸展轨道143和后滚轮144；所述栈桥滑移机构左右对称，安装在自航式码头平台1中线两侧；滚轮11与一类栈桥3下侧表面接触，限制一类栈桥3的侧向位移，确保一类栈桥3滑移方向；锚定机构10布置于滚轮11外侧，一类栈桥3下表面设有销孔，一类栈桥3滑移前，锚定机构10的锚定销插在销孔内，确保一类栈桥3的稳定；所述前推行机构13和后推行机构14的驱动油缸131和141杆头与锁定油缸132和142连接，可分别沿前伸展轨道133和后伸展轨道143进行轴向运动；前推行机构13和后推行机构14分别布置于自航式码头平台1轴线前端两侧，用于推动一类栈桥3前进；前驱动油缸131、后驱动油缸141布置位移传感器以记录位移，前锁定油缸132、后锁定油缸142布置接触传感器以检查油缸杆头的伸出和收回是否到位，前伸展轨道133和后伸展轨道143下方布置前滚轮134和后滚轮144，前滚轮134和后滚轮144与一类栈桥3的下侧面接触，确保栈桥移动时不会发生侧向位移；一类栈桥3滑移前，前、后推行机构13、14的前、后驱动油缸131、141的杆头均处于回收状态；一类栈桥3开始滑移时，锚定机构10的锚定销从一类栈桥3的销孔内收回，前锁定油缸132的杆头插入桥体销孔内，前驱动油缸131在液压站12的控制系统控制下，伸出杆头，推动一类栈桥3向前滑移；前驱动油缸131的杆头伸出至末端后，前锁定油缸132杆头从一类栈桥3桥体销孔中拔出，后锁定油缸142杆头插入桥体销孔，后驱动油缸141杆头向前伸出，继续推动一类栈桥3滑移；此时，前驱动油缸131带动前锁定油缸132缩回，等待后驱动油缸141伸出动作完成后接力推动；采用此推动方式，可以平稳推进一类栈桥3向前滑移，同时保证了一类栈桥3定位的精确。
54.栈桥压载式桩腿4通过一类栈桥3上的导轨8与一类栈桥3连接，栈桥压载式桩腿4可沿导轨8滑动；在一类栈桥3滑移过程中，当一类栈桥3的重心推移至码头平台单元前沿处，一组栈桥压载式桩腿4插桩，当一类栈桥3重心继续推移至第一组栈桥压载式桩腿4前沿处，第二组栈桥压载式桩腿4插桩；一类栈桥3伸展到位后与相邻深水单元搭接；一类栈桥3与深水单元搭接上后，栈桥压载式桩腿4继续将一类栈桥3抬升，直至顶离码头平台单元，一类栈桥3将栈桥压载式桩腿4压实；在压桩完成后，栈桥压载式桩腿4将一类栈桥3回落，一类栈桥3两端与分别与码头平台单元和深水单元搭接。
55.特别地，一类栈桥3的重心在设计阶段确定，在滑移过程中，一类栈桥3的运动位置由位移传感器进行检测；当位移传感器检测到一类栈桥3移动到设定位置时，栈桥压载式桩腿4开始压桩。
56.深水单元包括一类自航式平台5、多个快插式可控桩腿2、一类栈桥3、栈桥压载式桩腿4、导轨8和气囊9；深水单元中间为行车道，深水单元主体采用桁架结构，上面铺有铺板；气囊9装在一类自航式平台5底部中间和两侧；多个快插式可控桩腿2分别位于一类自航
式平台5的行车道两侧，快插式可控桩腿2的压桩模式与码头平台单元的快插式可控桩腿2压桩模式相同；一类栈桥3位于一类自航式平台5的中部，一类栈桥3的滑移模式与码头平台单元的一类栈桥3滑移模式相同；栈桥压载式桩腿4通过导轨8与一类栈桥3连接，压桩方式与码头平台单元相同；一类栈桥3滑移完成后，两端分别与两个深水单元或者一个深水单元和一个浅水单元搭接。
57.浅水单元包括二类自航式平台6、多个快插式可控桩腿2、二类栈桥7和气囊9；浅水单元中间为行车道，浅水单元主体采用桁架结构，上面铺有铺板；气囊9装在二类自航式平台6底部中间和两侧；多个快插式可控桩腿2分别位于类自航式平台6的行车道两侧，快插式可控桩腿2的压桩模式与码头平台单元的快插式可控桩腿2压桩模式相同；二类栈桥7位于二类自航式平台6的中部，在压桩完成后，所述二类栈桥7从二类自航式平台6向前滑移，二类栈桥7的滑移模式与一类栈桥3滑移模式相同，二类栈桥7滑移完成后搭接在相邻的浅水单元或者岸上。
58.插桩式连岸系统可使用半潜船或半潜驳船运输，根据运输船的大小，插桩式连岸系统可由一艘或分由多艘运输船进行运输。在运输到指定海域后半潜船或半潜驳船下潜进行潜卸作业，码头平台单元、深水单元和浅水单元漂浮后自行驶离运输船；码头平台单元、深水单元和浅水单元的驾驶可根据需要选择自动驾驶系统或者由人员操作。
59.实施例2
60.插桩式连岸系统的架设方法为：
61.s1、码头平台单元、深水单元和浅水单元根据预设的队列顺序进行排列：
62.码头平台单元、深水单元和浅水单元上设有动力定位系统(包括位置测量系统、控制系统和推力系统三部分)，通过位置测量系统检测当前位置相对目标位置的偏差,采集环境参数(风、浪、流)，计算使码头平台单元、深水单元和浅水单元恢复到目标位置所需的推力，并对所述各单元推力系统的推力器的推力进行分配，确定推力器的推进方向、螺距及转速，推力器产生的推力使各单元保持设定的航向和船位，精确保持码头平台单元、深水单元和浅水单元的位置。
63.s2、码头平台单元、深水单元和浅水单元的快插式可控桩腿2向水下插桩：
64.桩腿触底后快速弹射入泥，将码头平单元、深水单元和浅水单元固定；完成固定后，所述各单元的快插式可控桩腿2继续向下压桩，压桩过程中码头平单元、深水单元和浅水单元的快插式可控桩腿2通过交替压桩方式，保持每个快插式可控桩腿2的压载力大于设定的工作载荷；自航式码头平台1、一类自航式平台5、二类自航式平台6在快插式可控桩腿2作用下抬升离开水面，达到设定高度后停止压桩；通过调整桩腿与平台的相对位置，调整自航式码头平台1、一类自航式平台5和二类自航式平台6的高度，较好地适应海水潮位变化，保证了在桩腿下限条件下码头平单元、深水单元和浅水单元的平衡；架设过程中，码头平台单元、深水单元和浅水单元并行工作，大幅度缩短架设时间。
65.s3、码头平单元、深水单元和浅水单元自带的一类栈桥(3)和二类栈桥(7)向前滑移：
66.码头平单元、深水单元和浅水单元的一类栈桥3和二类栈桥7通过栈桥滑移机构向前滑移，码头平台单元自带的一类栈桥3滑移完成后与相邻的深水单元搭接，各深水单元之间通过自带的一类栈桥3相连；与浅水单元相邻的深水单元通过自带的一类栈桥3与浅水单
元相连，各浅水单元之间通过自带的二类栈桥7相连，最靠近岸边的浅水单元通过自带的二类栈桥7与岸边相连；码头平单元、深水单元和浅水单元的中间设有行车道，码头平单元、深水单元和浅水单元相连后，形成从码头平台延伸到岸边的行车道，供车辆行驶。
67.进一步地，如图5-8所示，前推行机构13包括前驱动油缸131和前锁定油缸132，后推行机构包括后驱动油缸141和后锁定油缸142；前、后驱动油缸131和141布置位移传感器以记录位移，前、后锁定油缸132和142布置接触传感器以检查伸出和收回是否到位。设定前驱动油缸131和后驱动油缸141缩回位置为0位(位指单位长度)，伸出至末端的位置为5位；设定前锁定油缸132和后锁定油缸142缩回位置为0.134位，插入一类栈桥3和二类栈桥7的销孔中的位置为0位。
68.s3中栈桥滑移机构控制方法如下：
69.(1)、前锁定油缸132伸出至0位，后锁定油缸142处于缩回状态：
70.开始动作前，前锁定油缸132伸出，插入栈桥桥体销孔内，后锁定油缸142处于缩回状态。
71.(2)、前驱动油缸131伸出至5位，后驱动油缸141处于缩回状态：
72.前驱动油缸131在液压站12的控制系统控制下推动栈桥向前滑移，伸出至5位后停止，后驱动油缸141处于缩回状态。
73.(3)、前锁定油缸132缩回至0.134位，后锁定油缸142伸出至0位：
74.前驱动油缸131推行完成后，前锁定油缸132从栈桥销孔中拔出，缩回至0.134位，后锁定油缸142伸出，插入栈桥桥体销孔内。
75.(4)、前驱动油缸131缩回至0位，后驱动油缸141伸出至5位：
76.后驱动油缸141在液压站12的控制系统控制下推动栈桥继续向前滑移，伸出至5位后停止，同时，前驱动油缸131带动前锁定油缸132缩回至0位。
77.(5)、重复s1-s4直到栈桥滑移到设定位置：
78.后驱动油缸141伸出到位后，循环回到s1，开始新的一轮循环，前、后推行机构交替推动桥体向前走；推行到设定位置后，循环结束。
79.综上所述，本发明通过各单元并行展开工作，可大幅度缩短架设时间；架设完成后，自航式码头平台1，一类自航式平台5和二类自航式平台6均在海面以上，可以有效降低海况的影响，使得插桩式连岸系统能够在高海况情况下使用。
80.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。